[实用新型]一种发酵液消泡搅拌装置以及装有该装置的发酵罐

说明书

技术领域

本实用新型涉及发酵及生物工程领域的消泡装置，具体的说是一种发酵液消泡搅拌装置和装有该装置的发酵罐。

背景技术

发酵及生物工程中应用最广泛的设备是发酵罐或生物反应器，罐内发酵液在发酵时由于底物的化学性质或微生物起泡菌的原因会产生大量气泡，形成泡沫，如不及时处理，泡沫会迅速上升，溢出罐外，造成污染或发酵液流失，此现象在好氧发酵工艺中尤其严重。一般消泡工艺采用化学或物理的方法。前者是向发酵液中加入低碳醇、矿物油、有机极性化合物或硅树脂类化学消泡剂以降低发酵液的表面张力，从而抑制或减少泡沫形成，但由于生物反应对菌种或产物有严格的要求，往往不能或不希望加入化学消泡剂。后者的物理方法则是用机械碰撞原理破泡，常用的是耙式消泡搅拌桨，结构如图1所示，耙式消泡搅拌桨安装在搅拌轴6上方发酵液面A处，通过耙针B破泡，但这种方式对泡沫多和泡沫发展快的发酵液面效果很差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提出一种发酵液消泡搅拌装置以及装有该装置的发酵罐，能有效消除发酵液泡沫。

本实用新型解决以上技术问题的技术方案是：

一种发酵液消泡搅拌装置，包括安装在搅拌轴上的消泡桨叶，消泡桨叶由二片相同的蝶翅状桨叶片和连接两片蝶翅状桨叶片的桨叶轴座组成；蝶翅状桨叶片的展开面是一个弧面，弧面偏心部缺了一个半圆；桨叶轴座上有二条对称的绕桨叶轴座180^o的桨叶安装曲线，桨叶安装曲线的长度等于蝶翅状桨叶片展开面偏心半圆的半圆周长，两片蝶翅状桨叶片被压成一个曲面沿桨叶轴座上的安装曲线左右对称的固定在桨叶轴座上。

一种发酵罐，发酵罐安装有上述的发酵液消泡搅拌装置。

本实用新型采用上宽下窄类似蝶翅状的螺旋搅拌桨叶，并将其安装在普通搅拌轴上。消泡搅拌系统采用独立动力装置，安装在发酵罐的顶上，蝶翅状搅拌桨叶在搅拌轴可上下移动，一般情况下，消泡桨叶的下端约1／3处是发酵液面，即桨叶的下端1／3部分是浸在发酵液面之下的。正常状态下，消泡搅拌系统处于待机状态，并不旋转。当泡沫形成并快速扩展，需要控制时，才启动消泡搅拌系统。利用蝶翅状桨叶在液面下的部分快速旋转时将液体搅向旋转中心产生旋涡的原理，对起泡的液面进行搅拌，泡沫在向心吸力作用下迅速向旋涡中心移动，并随旋涡下沉，部分未及下沉的泡沫在桨叶上部螺旋曲面的撞击下，表面张力遭破坏，泡沫无法继续形成或扩展，从而达到消泡的目的。

本实用新型的消泡过程如下：

⑴消泡搅拌系统启动前如图3所示，消泡搅拌系统启动前泡沫形成在发酵液表面，并不断扩展上升；

⑵消泡搅拌系统启动初期如图4所示，消泡桨叶旋转时在搅拌中心液面形成旋涡，泡沫受下旋力吸引，向旋涡中心汇集；

⑶消泡搅拌系统工作时如图5所示，汇聚在旋涡中心的泡沫在强大的旋涡吸力下失去表面张力被破坏或吸入液面以下；

⑷消泡搅拌系统工作后期如图6所示，部分未及下沉的泡沫遭到旋转的桨叶上部螺旋曲面的撞击，表面张力遭破坏，泡沫无法继续形成或扩展。

由于发酵液泡沫形成存在其特殊性，本实用新型人为了解决发酵液消泡不理想的问题进行了深入研究，结果搞清楚了消泡效果取决于消泡桨叶的外形，发现螺旋搅拌桨叶对发酵液消泡有一定的效果，但是不同螺旋形状的消泡桨叶的消泡效果却大相径庭；于是，详细研究了不同形状的螺旋搅拌桨叶的消泡效果，结果发现上宽下窄的类似蝶翅状的螺旋搅拌桨叶消泡效果较好；本实用新型进一步进行研究，结果发现本实用新型具体形状的消泡桨叶可以完成以上⑴-⑷的消泡过程，从而完成了本实用新型。

本实用新型进一步限定的技术方案是：

前述的发酵液消泡搅拌装置，消泡桨叶下端1／3部分浸在需消泡的液面之下。

前述的发酵罐，蝶翅状桨叶组件设计参数及其相互间数学关系为：发酵罐直径为P，蝶翅状桨叶片旋转直径D＝P／8～P／6，桨叶轴座直径H=D／8，所述蝶翅状桨叶片高Q＝D／3，蝶翅状桨叶片展开面小端弦长r=1/20*(D-H)，半圆（即桨叶绕轴座圆）半径m=1.2*Q/3.14159，蝶翅状桨叶片展开面弦弧长L=2*m+11*r，蝶翅状桨叶片展开面弦弧高h=L／2.43，蝶翅状桨叶片展开面弦弧半径R=（L*L/(8＊h)）+（h/2）。

前述的发酵罐，消泡桨叶位于发酵罐中央、一侧或对称分布在发酵罐内两侧。